Effect of particle size on biocompatibility and biochemical evaluation of properties for various materials

粒径对各种材料生物相容性和生化性能评价的影响

基本信息

  • 批准号:
    14370623
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 7.74万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
  • 财政年份:
    2002
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2002 至 2003
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

[Purpose]In dental material the powder/liquid method is abundantly used and abrasion powder arises in the sliding part of artificial joint. To study the effect of powders on health the size dependence of fine particles on biocompatibility was investigated by cell functional test and implantation test.[Method] Monodispersed particles were extracted by sedimentation for the size 0.5, 3, 10μm and by ultrafiltration for less than 300nm. The particles were thus prepared with the same size for different materials.[Size dependence] In cell functional test using the human neutrophil, periodontal ligament cell and rat macrophage, the cell survival rate was lowered and the emission of LDH, oxygen radical, cytokines TNF-α, IL-1β, IL-8, M-CSF increased as particle size became smaller, for Ti, Fe, Ni(each 500nm ; 3,10, 50, 150μm), TiO_2(30, 60, 300, 500nm ; 2μm), polylactic acid (1, 13μm). Especially, for the case of smaller than 10μm where phagocytosis was induced, the effect was remarkably pronou … More nced. The stimulatibility of these effects is lower by about 1/100〜1/1000 than the intracellular toxicity.[Material dependence]Both Ti whose ionic dissolution was negligible, confirmed by the ICP elemental analysis, and Fe, much more dissolvable, showed the similar size dependency. In Ni, cell survival rate was lower, emission of oxygen radical and cytokine was larger, the cell destruction was observed by microscopy, which was due to the stronger cytotoxicity of Ni.[Conclusion]In animal implantation test, Ti particles showed biocompatibility for the size larger than about 100μm, and inflammation for smaller than 50μm. For less than 10μm phagocytosis was induced and inflammation was continued for the long term. For the biocompatibility in the material with a macroscopic size the material-dependent, chemical effect through dissolved ions is generally dominant. For the range of μm〜nm, the material-independent, physical size effect origined from the relative size relation between particles and cell/tissue becomes tangible, even for the bioactive and bioinert materials. Less
[目的]在牙科材料中,大量使用粉末/液体方法,并且在人工关节的滑动部分产生磨损粉末,为了研究粉末对健康的影响,通过细胞功能测试和植入来研究细颗粒的尺寸对生物相容性的依赖性。 [方法]采用沉降法提取粒径为0.5、3、10μm的单分散颗粒,并采用超滤法提取粒径小于300nm的颗粒。 【尺寸依赖性】在人中性粒细胞、牙周膜细胞、大鼠巨噬细胞的细胞功能测试中,细胞存活率降低,LDH、氧自由基、细胞因子TNF-α、IL-1β的释放, IL-8, M-CSF随着粒径变小而增加, 对于Ti, Fe, Ni(各500nm; 3,10, 50, 150μm), TiO_2(30, 60, 300, 500nm; 2μm), 聚乳酸(1, 13μm) 尤其是在诱导吞噬作用的小于10μm的情况下,其效果令人惊讶地显着。比细胞内毒性低约1/100〜1/1000。 [材料] [依赖性]经ICP元素分析证实,Ti的离子溶解可以忽略不计,而Fe的溶解度更大,在Ni中表现出类似的尺寸依赖性,细胞存活率较低,氧自由基和细胞因子的发射较大,细胞。显微镜下观察到有破坏现象,这是由于Ni具有较强的细胞毒性所致。 【结论】在动物植入试验中,Ti颗粒尺寸大于100μm左右表现出生物相容性,小于100μm左右则表现出炎症反应。对于小于10μm的材料,诱导吞噬作用并长期持续炎症,对于μm〜nm的范围,材料依赖性的化学作用通常占主导地位。源自颗粒和细胞/组织之间的相对尺寸关系的与材料无关的物理尺寸效应变得明显,即使对于生物活性和生物惰性材料也是如此。

项目成果

期刊论文数量(146)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Fumio WATARI, Atsuro YOKOYAMA, Mamoru OMORI, Toshio HIRAI, Hideomi KONDO, Motohiro UO, Takao KAWASAKI: "Biocompatibility of materials and development to functionally graded implant for bio-medical application"Composites Science and Technology. 64(6). 893-
Fumio WATARI、Atsuro YOKOYAMA、Mamoru OMORI、Toshio HIRAI、Hideomi KONDO、Motohiro UO、Takao KAWASAKI:“材料的生物相容性以及生物医学应用功能梯度植入物的开发”复合材料科学与技术。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
小西順子: "冷間等加圧法を用いた陶材インレーの焼成後収縮に及ぼす中間酸化物添加の影響"歯科材料・器械. 21・6. 357-367 (2002)
Junko Konishi:“使用冷等压成型法添加中间氧化物对瓷嵌体烧成后收缩的影响”牙科材料和仪器 21・6 (2002)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Fumio Watari: "Mechanical Properties and Biocompatibility of Surface-Nitrided Titanium for Abrasion Resistant Implant"Bioceramics (Key Engineering Materials Vols.254-256). 16. 873-876 (2004)
Fumio Watari:“用于耐磨植入物的表面氮化钛的机械性能和生物相容性”生物陶瓷(关键工程材料第 254-256 卷)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
近藤英臣: "窒化チタン/アパタイト系傾斜機能型インプラントの作製と評価"歯科材料・器械. 21・S40. 33-33 (2002)
近藤英臣:“氮化钛/磷灰石功能梯度植入物的制备和评估”牙科材料和仪器21·S40(2002)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
亘理文夫: "傾斜機能型デンタルポストの応用緩和効果"2002年度傾斜機能材料論文集<FGM2002>. 93-97 (2003)
Fumio Watari:“功能分级牙柱的应用松弛效果”2002 年功能分级材料<FGM2002> 93-97 (2003)。
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